基于等效结构应力的电阻点焊疲劳寿命预测

采用基于等效结构应力的点焊疲劳寿命预测方法对搭接和剥离两种受力状态下的电阻点焊疲劳寿命进行有限元模拟,运用简化粱单元、壳单元和刚性粱单元建立点焊有限元模型,利用商业有限元软件进行线弹性分析获得点焊周边单元节点的节点力,由节点力计算焊点周边单元的等效结构应力,根据单一主S-N曲线确定点焊疲劳寿命.为了验证有限元建模及疲劳...     

预拉伸对不锈钢电阻点焊接头疲劳寿命的影响

不锈钢电阻点焊接头疲劳测试中,断裂处多数在焊点附近。其原因归结为焊接接头处存在残余应力。文中对SUS301不锈钢3.5 mm和4.5 mm两组不同板厚组合的点焊试件进行疲劳测试,得出给定应力下的中值疲劳寿命,随后通过预拉伸削弱点焊接头内部残余应力后重新进行疲劳测试,进行最优载荷区间分析;同时测试焊态及拉伸试件残余应力,对疲劳寿命改善机理进行分析。结果表明,加载预拉载荷T后,不锈钢点焊接头的疲劳寿命得到显著提升;随着T的增大接头疲劳寿命的提升程度也将增大,但当T达到55%以上时接头将会发生形变,影响性能;T最优的选取区间为在此区间内能够将接头疲劳寿命从中短寿命区提升至无限寿命区;在选取最优区间的预拉载荷后,焊点内部残余拉应力在受力方向减小较多,能够低于100 MPa,垂直受力方向也能够降至1/3。     

超高强钢点焊结构疲劳试验分析

以超高强淬火钢22MnB5为母体的点焊结构为研究对象,分别通过恒压和锻压工艺,利用光学显微镜,运用成组法进行了疲劳试验测试分析,结果表明,锻压和恒压二种工艺的p-S-N曲线显示出前者比后者工艺的疲劳寿命分散性略大及两种工艺的断裂模式基本相同,裂纹在焊核与热影响区交界处发生,并进一步向两侧较对称扩展至母材区,成为裂纹起裂点.异种母材与同种母材的试样发生疲劳断裂的位置相同,均为焊核与内层热影响区的交界处,异种母材的试样在裂纹扩展形态具有不对称性,疲劳失效均发生在低碳钢焊核处,得到三种应力等级下焊点的疲劳寿命变化曲线.     

基于固有频率变化和载荷特性的点焊疲劳寿命预测

基于疲劳试验和动态响应试验,对单点拉剪点焊试件在恒幅、变幅和随机疲劳过程中的固有频率变化特性进行了研究.通过恒幅、变幅疲劳损伤过程中的频率响应函数曲线和各阶模态固有频率的比较,提出以载荷和频率变化率作为描述点焊疲劳损伤的特征参量,并利用剩余寿命比,建立了频率变化率与参量的线性关系,并以此关系描述随机载荷的疲劳过程.根据加载载荷、频率变化率和当前循环数来预测寿命,适用于载荷谱已知,固有频率可测情况下的疲劳寿命预测,预测值与试验值吻合较好.     

AZ31B/TA15异种材料电阻点焊接头的疲劳寿命预测

对镁合金AZ31B/钛合金TA15异种材料电阻点焊拉剪接头进行了恒幅疲劳测试,并使用扫描电镜观察了疲劳断口特征.在实验中观察到,在不同的载荷水平下,试件有两种失效模式.在实验结果的基础上,对点焊试件建立有限元模型,分析了焊点附近的弹塑性应力应变.进而分别应用缺口应力法和局部应力应变法预测点焊接头的疲劳寿命,并与实验寿命...     

焊接结构疲劳强度和疲劳寿命研究现状及展望

焊接广泛应用于压力容器、车辆等工程结构中,是机械结构重要的连接方式,基于应力的疲劳特性分析是其中的重要问题。综述目前国内外焊接接头疲劳强度理论研究现状,总结和对比各种焊接接头疲劳寿命评价方法优缺点及适用范围,为工程实际应用中分析焊接结构的疲劳寿命及安全性评估提供参考。指出基于应变的结构疲劳寿命预测是未来研究重点。     

结构有限寿命设计法——名义应力法

介绍了一种结构有限寿命设计方法——名义应力法。阐述了名义应力有限寿命设计法的一般步骤,并对设计方法中的几个关键问题如应力谱的简化处理、疲劳寿命的预测等做了详细的介绍。以线性累积损伤法则和应力-寿命曲线为依据,推导出适用于变幅载荷下的有限寿命设计公式。最后通过算例说明采用此方法的优越性。     

基于不同S-N曲线的横向十字焊接接头疲劳寿命预测

通过疲劳分析软件MSC.Fatigue自动生成了3种不同S-N曲线,即试验S-N曲线、经验S-N曲线和标准S-N曲线,考虑了残余应力、平均应力、接头外形对焊接疲劳的影响,并按相关规则修正后对碳钢Q235B十字焊接接头进行了疲劳寿命预测,并进行了比较分析.结果表明,基于MSC.Fatigue的S-N曲线法模拟的焊接接头疲劳损伤部位及损伤程度与试验结果一致;试验S-N曲线预测值与标准S-N曲线预测值偏差在7.9%~28%,与经验S-N曲线预测值偏差3.3%~19%,经验S-N曲线预测结果偏高,而标准S-N曲线预测结果相对比较保守.     

基于结构应力的焊接接头疲劳分析

基于结构应力法对来自相关文献中的16Mn钢十字非承载焊接接头、十字承载接头和纵向立板角焊缝接头的疲劳强度的试验数据进行了分析.推导了适合有限元计算的离散结构应力计算公式,得到焊接接头的结构应力集中系数.证实了该方法具有网格划分不敏感性,给出了应用结构应力法进行疲劳评定时适合上述各类接头的结构应力S-N曲线.结果表明,同名义应力法相比较,采用结构应力表示的焊接接头疲劳试验数据其分散性较小.     

基于热点应力的罐车焊接钢结构疲劳

针对罐车焊接钢结构在不同服役情况下的疲劳行为进行了研究. 试验过程中选取了高速路、公路、崎岖路三种典型的路况,通过所得不同部位的应变结果计算各自的热点应力,用雨流法处理后编制载荷谱,并根据线性累积损伤理论来计算各部位的疲劳寿命. 结果表明,罐车焊接钢结构上不同部位在不同路况下行驶具有不同的寿命,其中最危险的部位是侧面中下处的9和10,其在高速路上行驶疲劳寿命最低,约为3.3年. 结合路况和驾驶行为,实时观察波形图发现,相比于路面不平,急刹车、上下坡、转弯会对罐车焊接钢结构的寿命产生更大的影响.     

复杂焊接接头多轴疲劳强度评估的等效热点应力法

基于焊缝本身引起的非线性分布应力自平衡的性质,在板厚方向非线性分布应力大小为零的位置(零点位置)定义等效热点应力,提出一种新的能够用于复杂焊接接头多轴疲劳应力评价方法.首先,分析了零点位置的影响因素和变化规律,建立了确定零点位置的拟合方程.然后,和公开发表的试验数据以及现有的热点应力法有限元计算结果进行了对比.结果表明,等效热点应力法和现有的热点应力法具有很好的一致性,而且能够在一定程度上考虑厚度效应对疲劳强度的影响,具有更高的精度.文中方法还能够和多轴疲劳理论相结合,用于焊接接头的多轴疲劳强度评估.     

热点应力法评定焊接接头疲劳强度的影响因素

将三种方法确定的热点应力作为控制应力,引入焊接接头的疲劳切口系数,由Taylor的临界距离理论得到该系数.通过讨论接头类型、焊缝局部尺寸、板厚以及热点应力的确定方式对疲劳切口系数的影响,揭示热点应力法进行焊接接头疲劳评定的影响因素.结果表明,腹板厚度与焊缝局部几何尺寸对疲劳切口系数的分散性影响较小,但主板厚度的效应明显,由疲劳切口系数得到的板厚效应预测与试验结果接近;以两种外推法为基础构成的热点应力法能明显减少疲劳数据的分散性及其对接头类型与载荷形式的依赖性.     

基于壳单元的焊接接头的结构应力求解

以T形焊接接头和十字非承载接头为研究对象,采用壳单元求解焊接接头结构应力集中系数.详细推导了壳单元的结点力与沿焊趾截面的分布内力的关系;给出了采用壳单元求解结构应力的求解步骤;给出了采用壳单元模拟焊缝时壳单元的厚度参考值,基于壳单元建模技术得到的结构应力集中系数与平面实体单元的获得的结构应力集中系数非常相近;同时也证实这种基于壳单元的建模技术具有网格划分不敏感性.     

结合S-N曲线和断裂力学的焊接结构疲劳寿命分析

针对焊接结构的疲劳裂纹演化过程,将焊接结构的疲劳寿命定义为裂纹萌生寿命N_i和裂纹扩展寿命N_p之和,提出一种结合S-N曲线和断裂力学理论的疲劳寿命分析方法.采用等效结构应力法和99%下限主S-N曲线计算焊接结构的裂纹萌生寿命,并将这一阶段结束时的裂纹看作为半椭圆表面裂纹.采用Paris裂纹扩展模型和半椭圆表面裂纹应力强度因子ΔK计算裂纹扩展寿命N_p.参照某起重机走行梁的疲劳试验结果进行对比和验证研究.结果表明,等效结构应力可以较好地表征复杂焊接结构的裂纹萌生特性,结合S-N曲线和断裂力学的疲劳寿命计算结果与试验结果具有较好的一致性.     

Combine S-N curve and fracture mechanics for fatigue life analysis of welded structures

Based on the evolution of fatigue cracks in welded structures, the fatigue life of welded structures was defined as the sum of the crack initiation life N_i and the crack propagation life N_p. Correspondingly, a fatigue-life analysis method combining S-N curves and fracture mechanics theory was proposed. The equivalent structural stress method and the lower 99% boundary of the master S-N curve were used to evaluate N_i, and cracks at the end of the initiation stage were considered as semi-elliptical surface cracks. Moreover, Paris equation and the stress intensity factor range of the cracks were used to evaluate N_p. Furthermore, the fatigue test results obtained from the running girder of cranes were used as a reference for comparison and verification of the results. The results revealed that the equivalent structural stress is a good indicator for the crack initiation behavior of complex welded structures. In addition, the predicted fatigue life corresponded closely to the testing life.     

基于有限元的铁磁物质电阻点焊磁场分布分析

根据电阻点焊机构电流回路特点,利用ANSYS软件建立了铁磁性物质电阻点焊时磁场计算的有限元模型,计算了点焊过程中电流密度分布电场分布与磁感应强度分布,并采集了点焊过程中工件周围的磁感应强度,与模拟结果相比,验证模型的可靠性.结果表明,电流密度、电场强度与磁感应强度均在工件内达到最大.在铁磁性工件内部最大磁感应强度达到7 T,说明铁磁物质的磁化磁场在熔核形成、生长过程中的作用不应忽视.验证试验的测量值与计算值吻合良好,表明文中建立的有限元模型是可靠的.     

焊接残余应力对Invar钢疲劳寿命影响分析

利用有限元软件MSC.Marc计算了液化石油天然气船液舱Invar钢薄膜的焊接温度场和残余应力场,并计算了焊接残余应力与液体晃荡压力耦合条件下焊缝处的疲劳寿命.结果表明,焊缝表面中心线上的节点的纵向残余应力可达298.1 MPa左右,焊缝纵向残余应力的峰值可达328.3 MPa左右,高于Invar钢的室温屈服强度280.1 MPa.由于焊接残余应力的存在,Invar钢薄膜焊缝的疲劳寿命约由2.1×106降低到1.7×105.     

Influences of fine pitch solder joint shape parameters on fatigue life under thermal cycle

1 INTRODUCTION The electronicer industry is driven mainly by the demand for“smaller ,faster ,higher complexi- ty ,lower power consumption and cheaper”[1]. To meet these needs , the demand for smaller size , higher density and higher heat dissipationintegrat- ed circuit (IC) chips is on the rise . With the requirements of high performance and small pack- age size ,the design of IC chips is headed toward higher pin count ,smaller pad size and fine pitch; consequently ,the fine pitch tech…     

点焊接头剪切拉伸试验试件临界宽度

通过对比发现电阻点焊剪切拉伸试验关于试样尺寸的标准并不统一.以普通的Q235镀锌钢为材料进行电阻点焊接头的剪切拉伸试验,检测了点焊接头抗拉载荷及其对应的引伸计位移量(抗拉位移)和失效吸收能随试件宽度的变化趋势,并从力学角度解释了产生这种变化趋势的原因.结果表明,这3个检测量趋于恒定时宽度对应着一致的临界值.如果试样宽度不足,试件变形使熔核旋转过量产生正向拉伸的分力,导致测量结果小于接头实际抗剪拉伸强度.